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Intervalos de confianza para medias
Problema
2022 · Ordinaria · Suplente
8
Examen

El peso en gramos de las tortugas terrestres de una reserva natural sigue una ley Normal de varianza 121g2121\text{g}^2. Para estimar el peso medio de las tortugas de la reserva, se toma una muestra de 1010 tortugas, obteniéndose los siguientes datos:

98010029509851100108589510009121006980 \quad 1002 \quad 950 \quad 985 \quad 1100 \quad 1085 \quad 895 \quad 1000 \quad 912 \quad 1006
a) Halle un intervalo de confianza para el peso medio de las tortugas con un nivel de confianza del 97%97\%.b) ¿Cuál debe ser el tamaño mínimo de la muestra para asegurar con un nivel de confianza del 94%94\% que el error máximo cometido sea de 5g5\text{g}?
Inferencia estadísticaDistribución NormalMedia muestral

Datos iniciales:Varianza poblacional: σ2=121g2\sigma^2 = 121\text{g}^2 \Rightarrow Desviación típica poblacional: σ=121=11g\sigma = \sqrt{121} = 11\text{g}.Tamaño de la muestra: n=10n = 10.Datos de la muestra (en gramos): 980,1002,950,985,1100,1085,895,1000,912,1006980, 1002, 950, 985, 1100, 1085, 895, 1000, 912, 1006.Calculamos la media muestral xˉ\bar{x}:

xˉ=980+1002+950+985+1100+1085+895+1000+912+100610=991510=991.5g\bar{x} = \frac{980 + 1002 + 950 + 985 + 1100 + 1085 + 895 + 1000 + 912 + 1006}{10} = \frac{9915}{10} = 991.5\text{g}
a) Halle un intervalo de confianza para el peso medio de las tortugas con un nivel de confianza del 97%97\%.

Nivel de confianza: 1α=0.971 - \alpha = 0.97.Nivel de significación: α=10.97=0.03\alpha = 1 - 0.97 = 0.03.Valor crítico zα/2z_{\alpha/2}: Buscamos P(Zzα/2)=1α/2=10.03/2=10.015=0.985P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.03/2 = 1 - 0.015 = 0.985.De las tablas de la distribución Normal tipificada o usando una calculadora, obtenemos z0.0152.17z_{0.015} \approx 2.17.La fórmula del intervalo de confianza para la media poblacional (μ)(\mu) cuando se conoce la desviación típica poblacional es:

IC=(xˉzα/2σn,xˉ+zα/2σn)IC = \left( \bar{x} - z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}, \bar{x} + z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}} \right)

Calculamos el margen de error EE:

E=zα/2σn=2.1711102.17113.1622772.173.47857.548E = z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = 2.17 \cdot \frac{11}{\sqrt{10}} \approx 2.17 \cdot \frac{11}{3.162277} \approx 2.17 \cdot 3.4785 \approx 7.548

Sustituimos los valores para construir el intervalo de confianza:

IC=(991.57.548,991.5+7.548)=(983.952,999.048)IC = (991.5 - 7.548, 991.5 + 7.548) = (983.952, 999.048)

El intervalo de confianza para el peso medio de las tortugas con un nivel de confianza del 97%97\% es aproximadamente (983.95,999.05)(983.95, 999.05) gramos.

b) ¿Cuál debe ser el tamaño mínimo de la muestra para asegurar con un nivel de confianza del 94%94\% que el error máximo cometido sea de 5g5\text{g}?

Nivel de confianza: 1α=0.941 - \alpha = 0.94.Nivel de significación: α=10.94=0.06\alpha = 1 - 0.94 = 0.06.Valor crítico zα/2z_{\alpha/2}: Buscamos P(Zzα/2)=1α/2=10.06/2=10.03=0.97P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.06/2 = 1 - 0.03 = 0.97.De las tablas de la distribución Normal tipificada o usando una calculadora, obtenemos z0.031.88z_{0.03} \approx 1.88.Error máximo permitido: E=5gE = 5\text{g}.Desviación típica poblacional: σ=11g\sigma = 11\text{g}.La fórmula para el tamaño mínimo de la muestra es:

n=(zα/2σE)2n = \left( \frac{z_{\alpha/2} \cdot \sigma}{E} \right)^2

Sustituimos los valores conocidos:

n=(1.88115)2=(20.685)2=(4.136)217.106n = \left( \frac{1.88 \cdot 11}{5} \right)^2 = \left( \frac{20.68}{5} \right)^2 = (4.136)^2 \approx 17.106

Como el tamaño de la muestra debe ser un número entero y debemos asegurar que el error máximo no supere los 5g5\text{g}, debemos redondear al alza. Por lo tanto, el tamaño mínimo de la muestra debe ser 1818 tortugas.